河北省某污水處理廠提標(biāo)改造工程設(shè)計概要

馬姍姍

中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司

1 工程概況

本工程為改擴建項目，廠址位于河北省某技術(shù)園區(qū)，為地上式污水處理廠，現(xiàn)狀污水處理規(guī)模為10萬m3/d，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級A標(biāo)準(zhǔn)。本次提標(biāo)改造完成后，主要出水水質(zhì)指標(biāo)執(zhí)行河北省地方標(biāo)準(zhǔn)《子牙河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 13/2796—2018）重點控制區(qū)排放限制標(biāo)準(zhǔn)，即符合地表水V類標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 污水處理廠現(xiàn)狀概況

本工程主要服務(wù)于技術(shù)園區(qū)，其廢水主要來自園區(qū)內(nèi)制藥企業(yè)和化工企業(yè)經(jīng)過處理后的尾水，可生化性差，C/N比低。

污水處理廠現(xiàn)狀出水水質(zhì)指標(biāo)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級A標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)狀污水處理工藝流程：污廢水→粗格柵進水泵房→細格柵旋流沉砂池→分配井→調(diào)節(jié)池→水解酸化池→缺氧池→好氧池→二沉池→提升池→三相催化氧化系統(tǒng)→反應(yīng)穩(wěn)定池→高效沉淀池→清水池→巴氏計量槽→達標(biāo)排放。

1.2 污水處理廠現(xiàn)狀存在問題

根據(jù)污水廠的日常水質(zhì)數(shù)據(jù)，整理出污水廠實際進水、二沉池出水、總出水口主要水質(zhì)指標(biāo)如表1。

表1污水處理廠實際進、出水水質(zhì)表

由表1可知：①二沉池出水水質(zhì)均未達到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，通過后續(xù)的三相催化氧化系統(tǒng)處理后各項指標(biāo)基本達標(biāo)。②總出水的一部分指標(biāo)已達到準(zhǔn)地表V類水標(biāo)準(zhǔn)，但COD、總氮、氨氮指標(biāo)尚有一定差距，本次提標(biāo)改造需就以上指標(biāo)進行針對性方案選擇。

二沉池出水水質(zhì)偏高是現(xiàn)狀運行較突出的問題之一，且出水水質(zhì)不穩(wěn)定，大大增加了后續(xù)三相催化氧化系統(tǒng)的處理負荷，造成三相催化氧化系統(tǒng)的藥劑消耗較大，運行成本較高。

根據(jù)新的出水水質(zhì)要求，現(xiàn)有處理工段難以穩(wěn)定達標(biāo)，本次改造應(yīng)在解決現(xiàn)狀突出問題的基礎(chǔ)上實現(xiàn)出水水質(zhì)的提標(biāo)。

2 本次提標(biāo)改造主要內(nèi)容

2.1 設(shè)計進出水水質(zhì)

提標(biāo)后主要出水水質(zhì)指標(biāo)執(zhí)行河北省地方標(biāo)準(zhǔn)《子牙河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 13/2796—2018）重點控制區(qū)排放限制標(biāo)準(zhǔn)，即符合地表水V類標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)并未要求懸浮固體SS的出水限值，但懸浮固體SS直接關(guān)系處理工藝的選擇，是污水處理廠設(shè)計的重要參數(shù)。

根據(jù)以往經(jīng)驗，若出水總磷（TP）≤0.4mg/L，則應(yīng)控制SS≤10mg/L，否則，總磷（TP）難以達標(biāo)。

表2污水提標(biāo)設(shè)計進、出水水質(zhì)指標(biāo)表

2.2 總體工藝路線的確定

結(jié)合污水廠實際運行情況，在制定工藝路線時主要考慮以下幾點。

（1）三相催化氧化工藝對COD、SS、TP、色度等去除效果顯著，COD去除率50-85%，總磷高達95%以上[1]。也正因此，三相催化氧化去除污染物量越多，消耗藥劑越多，運行成本越高。

本工程二沉池出水直接進入三相催化氧化系統(tǒng)，且二沉池出水指標(biāo)偏高，大大增加了三相催化氧化系統(tǒng)的處理負荷，增加了運行成本。解決這一問題的關(guān)鍵，考慮在二沉池與三相催化氧化系統(tǒng)之間增加深度處理工段，對二級處理系統(tǒng)出水污染物進行進一步的去除。

（2）若增加深度處理工段，在水力高程設(shè)計中需增設(shè)置提升泵房，以滿足深度處理工段所消耗的水頭損失；同時需合理確定水泵的提升位置和揚程，滿足水力需求的前提下，盡可能節(jié)能。

（3）總出水COD指標(biāo)可以通過加大三相催化系統(tǒng)的投藥量進一步降低，只是運行成本上的增加，而無須再增設(shè)額外的高級氧化處理工段。

因此，本次提標(biāo)改造的關(guān)鍵就是在三相催化氧化系統(tǒng)之前增加深度處理工段，對二級處理出水進行進一步的去除，確?？偝鏊|(zhì)的穩(wěn)定達標(biāo)。其中，SS、TP、TN、和氨氮是本次提標(biāo)改造的關(guān)鍵控制指標(biāo)，需要強化對其去除率。并據(jù)此確定所需增加的處理工段。

（1）SS、TP指標(biāo)：深度處理工段去除SS、TP的方法主要分為以下幾種：①二級出水→直接過濾→消毒；②二級出水→微絮凝過濾→消毒；③二級出水→絮凝→沉淀或澄清→過濾→消毒。

結(jié)合本工程實際情況，為保證出水穩(wěn)定達標(biāo)，采用目前應(yīng)用較為廣泛的混合沉淀過濾全流程工藝。

高效沉淀池是集混凝、絮凝、沉淀、濃縮功能于一體的混合反應(yīng)沉淀池，其排泥濃度高，利于污泥的處理。同時，污泥的回流增強了接觸絮凝反應(yīng)的效果，能產(chǎn)生均勻的、較大又密實的絮凝體，為后續(xù)的沉淀分離創(chuàng)造有利條件[2]，廣泛應(yīng)用于污水深度除磷處理工段。因此，本工程選擇高效沉淀池作為去除SS及TP的混凝沉淀工藝。

（2）TN指標(biāo)：去除硝酸鹽氮的方法包含化學(xué)脫氮法、電滲析法、離子交換法、催化氧化法、反滲透法、生物脫氨法等，在工程應(yīng)用中最廣泛的是生物脫氮法，即硝化、反硝化，最終將硝態(tài)氮還原為氮氣去除。

結(jié)合SS及TP的去除需求，新增處理工段需設(shè)置過濾工藝；又TN去除需增設(shè)反硝化功能的處理工段，因此，考慮采用兼具過濾及反硝化功能的濾池來同時實現(xiàn)兩種需求。

反硝化深床濾池是一種降流式重力過濾池，采用特殊規(guī)格及形狀的2mm~3mm粒徑的石英砂，濾料孔隙較大，可以作為反硝化生物的掛膜介質(zhì)，投加碳源后，兼有生物脫氮及過濾功能[3]。其在國內(nèi)外應(yīng)用廣泛，可同步去除硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和SS，出水水質(zhì)穩(wěn)定，且自控系統(tǒng)完善，通過精準(zhǔn)控制加藥量可大大降低運行成本。因此，本工程采用反硝化深床濾池作為過濾工藝及脫氮工藝。

（3）氨氮指標(biāo)：由于三相催化氧化在一定程度上強化了氨化反應(yīng)，可能會造成出水的氨氮不降反升。就本工程而言，分析造成這一現(xiàn)象的主要原因，是前續(xù)水解酸化段未有效分解難生物降解的含氮有機物，致使難生物降解的含氮有機物在生物池未進行氨化、硝化及反硝化反應(yīng)而直接進入了三相催化氧化系統(tǒng)[1][4]。解決這一問題的方法是對現(xiàn)有淤積嚴重的水解酸化池進行清淤和改造，使其真正起到水解酸化的作用，將難生物降解的含氮有機物盡可能地分解[4][5]，減少進入三相催化氧化系統(tǒng)的難生物降解含氮有機物量。即強化難生物降解含氮有機物的氨化、硝化和反硝化過程，嚴格控制生化處理系統(tǒng)的出水氨氮和總氮，以確保經(jīng)過三相催化氧化系統(tǒng)之后的氨氮指標(biāo)仍能達標(biāo)。

綜上，本次提標(biāo)改造在二沉池及三相催化氧化系統(tǒng)之間增加以下深度處理工段。

圖1

2.3 主要構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)

本工程平均流量Q=100000m3/d，總變化系數(shù)Kz=1.3。高效沉淀池及深床濾池的主要設(shè)計參數(shù)如下。

（1）高效沉淀池：設(shè)置一組（2座），前混合池總有效容積196m3，混合時間t=2.17min；絮凝反應(yīng)池單池有效容積448m3，反應(yīng)時間t=9.9min；斜管沉淀池直徑D=16m，沉淀池最大表面負荷q=10.6m3/m2?h。

（2）反硝化深床濾池：為了滿足未來總氮出水標(biāo)準(zhǔn)提高的預(yù)期，減少后期再次提標(biāo)改造的投資，考慮深床濾池在滿足目前出水標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上有一定的余量，深床濾池的最低除氮量按照16mg/L設(shè)計。設(shè)置10格濾池，單格過濾面積26×3.56=92.56m2；濾床深度2.4m；平均濾速4.50m/h，高峰濾速5.85m/h。反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖洗，氣洗強度110m3/m2·h；水洗強度14.7m3/m2·h；反沖洗周期按24h~48h考慮。

（3）加藥間：①化學(xué)除磷絮凝劑：液態(tài)聚合氯化鋁（PAC，10%），采用儲藥罐儲存PAC；化學(xué)除磷加藥點：高效沉淀池前混合池和后混凝池；化學(xué)除磷去除總磷：最大1.5mg/L；絮凝劑加藥量：最大65mg/L，平均50mg/L。②助凝劑：PAM；助凝劑加藥點：高效沉淀池絮凝反應(yīng)池；助凝劑投加量：最大1.0mg/L，平均0.5mg/L。③反硝化所需碳源：液態(tài)乙酸鈉（25%）；碳源投加點：反硝化濾池進水井；碳源設(shè)計投加量：96mg/L（純乙酸鈉）。

3 結(jié)論

三相催化氧化處理工藝對多種污染物去除效果顯著，但也正因如此，當(dāng)二級處理系統(tǒng)處理效果較差、出水水質(zhì)較高時，會增加其處理負荷，增大其運行成本。對于類似本工程的提標(biāo)改造項目，應(yīng)考慮在二沉池與三相催化氧化系統(tǒng)之間增設(shè)深度處理工段，進一步去除二級處理系統(tǒng)出水污水物，同時還應(yīng)強化生物處理工段總氮和氨氮的去除效果，確保在降低三相催化氧化運行成本的同時，實現(xiàn)出水水質(zhì)的穩(wěn)定達標(biāo)。